《電子技術(shù)應(yīng)用》
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DCS-2001集散型控制系統(tǒng)在垃圾焚燒電廠中應(yīng)用
中國自動(dòng)化網(wǎng)
摘要: 廣東東莞市區(qū)垃圾處理廠共有三臺55t/h、日處理垃圾能力400t的國家流化床垃圾焚燒爐。全廠采用DCS一2201分散型控制系統(tǒng)采實(shí)現(xiàn)對電廠的焚燒、發(fā)電、灰渣處理、煙氣脫硫處理部分的監(jiān)視、報(bào)警、控制、連鎖保護(hù)等功能。DCS一2001還針對垃圾焚燒爐的特性做了一些特殊控制算法.實(shí)現(xiàn)了垃圾焚燒技術(shù)的國產(chǎn)化。
Abstract:
Key words :

摘 要:廣東東莞市區(qū)垃圾處理" title="垃圾處理">垃圾處理廠共有三臺55t/h、日處理垃圾能力400t的國家流化床垃圾焚燒爐" title="焚燒爐">焚燒爐。全廠采用DCS一2201分散型控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)采實(shí)現(xiàn)對電廠的焚燒、發(fā)電、灰渣處理、煙氣脫硫處理部分的監(jiān)視、報(bào)警、控制、連鎖保護(hù)等功能。DCS一2001還針對垃圾焚燒爐的特性做了一些特殊控制算法.實(shí)現(xiàn)了垃圾焚燒技術(shù)的國產(chǎn)化。
關(guān)鍵詞:垃圾焚燒;電廠;集散系統(tǒng)控制;冗余
Application of DCS-2001 in Waste Incineration Power Plant
JIANG Hong—an ,CAO Jun—bin ,ZHANG Hong—wen ,WANG Shu—fa.g,WANG Shi—qiang2,WANG Hong—liang
(1.BeiJing China sciences Environment CO,,Ltd,,Beijing 100080,China;2.Tianjin Zhonghuan Automation Technical Control Equipment CO.,Ltd.,Thianjin 300110.China)
Abstract:There is 3 set of 55t CFB for waste in DongGuan ZhongKe waste incineration power plant.The incinerationCan deal 400t of the garbage each day.DCS-2001 is used to monitor、alarm、control and protect all of the automationequipments in burning system、generating electric power system、ash-slag conveying system、FGD system etc.DCS-2001has been designed many special method of the oontrol functions for the incineration.The loealization of waste incinerationtechnology come to true in the power plant.
Key words:waste incineration;power plant;distributed control system(DCS);redundancy
  近幾年來.垃圾焚燒發(fā)電悄然進(jìn)入了工控行業(yè)人士的視野。作為傳統(tǒng)行業(yè)派生的新行業(yè),它告別了垃圾添埋時(shí)代,進(jìn)入了節(jié)約資源、清潔環(huán)保、再生能源的新世紀(jì),垃圾焚燒目前越來越受到大家重視。我國的垃圾發(fā)電技術(shù)的發(fā)展還剛剛起步,大部分都是成套引進(jìn)國外設(shè)備,成本極高。為了滿足國內(nèi)垃圾處理市場的迫切需求,實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒技術(shù)的國產(chǎn)化勢在必行。
  垃圾焚燒發(fā)電的方式很多.主要有回轉(zhuǎn)型焚燒爐、流化床焚燒爐和機(jī)械爐排焚燒爐等幾種方式,我國使用的爐型以后兩者居多。
  廣東東莞市區(qū)垃圾處理廠使用的是北京中科通用能源環(huán)保有限公司設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床垃圾焚燒爐。它的控制系統(tǒng)是DCS一2001系統(tǒng),這是一個(gè)垃圾焚燒電廠設(shè)備徹底國產(chǎn)化的工程實(shí)例。
1 焚燒電廠的組成
東莞市區(qū)垃圾處理廠共有三臺55t/h、日處理垃圾能力400t的流化床垃圾焚燒爐,兩臺15.0MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。除此之外它還有化學(xué)水及廢水處理控制系統(tǒng)、垃圾抓斗控制系統(tǒng)、除灰控制系統(tǒng)等,中低壓電氣、電視監(jiān)視系統(tǒng)、煙氣連續(xù)測量監(jiān)視系統(tǒng)及尾氣凈化系統(tǒng)。
  全廠設(shè)置一套集散控制系統(tǒng)—DCS200l控制系統(tǒng).集中操作與各輔助設(shè)備分散控制相結(jié)合的系統(tǒng)運(yùn)行模式。
  整個(gè)系統(tǒng)共配置了8臺操作員站、l臺工程師站、l臺值長站、2臺服務(wù)器、5套冗余的現(xiàn)場控制站" title="控制站">控制站、3套尾氣控制站(如圖1所示)??刂葡到y(tǒng)通信擁有高速的以太網(wǎng)(10/100LAN),冗余的通信設(shè)備,通訊協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。

  系統(tǒng)實(shí)際I/0總點(diǎn)數(shù)為4189點(diǎn),鍋爐部分l439點(diǎn),汽機(jī)部分537點(diǎn),公用478點(diǎn),電氣735點(diǎn),其它為尾氣部分點(diǎn)數(shù)。
2 DCS一2001的控制功能
  分散控制系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)和聯(lián)鎖保護(hù)(PRO)等系統(tǒng)功能。
  1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS
  數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS的功能是連續(xù)采集和處理所有與系統(tǒng)有關(guān)的所有測點(diǎn)信號及設(shè)備狀態(tài)信號,以便及時(shí)向操作人員提供有關(guān)的運(yùn)行信息.實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。一旦發(fā)生任何異常工況.及時(shí)報(bào)警,保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行,提高系統(tǒng)的可利用率。DAS信息通過操作員站反映出來的功能由幾部分組成。顯示功能包括:操作顯示、表格顯示、棒狀圖顯示等:趨勢記錄" title="趨勢記錄">趨勢記錄功能包括:歷史趨勢記錄、實(shí)時(shí)趨勢記錄,歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索:報(bào)警記錄功能:既有模擬量報(bào)警記錄又有開關(guān)量記錄等。
  2)閉環(huán)控制系統(tǒng)MCS
  主要的閉環(huán)控制系統(tǒng)MCS包括如下控制:爐膛壓力控制、一次風(fēng)量、溫度控制" title="溫度控制">溫度控制、二次風(fēng)量、溫度控制、給料控制、爐膛出口溫度控制、過熱蒸汽溫度控制、汽包水位控制、旁路減溫減壓調(diào)節(jié)、給煤控制、垃圾給料控制、排渣控制、凝結(jié)水再循環(huán)控制、除氧器水位控制、除氧器壓力控制、低加水位控制、減溫減壓裝置壓力、溫度控制等。
  3)順序控制系統(tǒng)SCS
  按照工藝系統(tǒng)及主要輔機(jī)的要求劃分成若干功能子組進(jìn)行控制,如程控點(diǎn)火等順序控制。操作員能通過CRT/鍵盤對各個(gè)子功能組進(jìn)行順序啟、停,對其中的單個(gè)設(shè)備進(jìn)行啟、停、或開關(guān)操作。
  4)連鎖保護(hù)
  垃圾電廠機(jī)組的連鎖基本上與普通電廠中的連鎖保護(hù)是一樣的:它包括引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)機(jī)大連鎖;給料機(jī)中大滾筒、小滾筒、撥輪、大鏈板、小鏈板之間的連鎖;出渣系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備之間的連鎖;MFT信號連鎖停給料、出渣、二次風(fēng)機(jī)的連鎖;各種風(fēng)機(jī)、泵與其進(jìn)出口擋板、門之間的連鎖
3 S2001控制系統(tǒng)特性
  1)冗余配置
控制系統(tǒng)提高有可靠性的措施就是冗余。
  a.控制站冗余
  控制器CPU的負(fù)荷率≤70%(最忙時(shí));
  b.重要測點(diǎn)I/O通道冗余
  I/O模件槽裕量l0%,I/O點(diǎn)裕量15%:
  C.電源冗余
  系統(tǒng)電源負(fù)荷裕量30%:
  d.?dāng)?shù)據(jù)通訊總線冗余
  冗余配置的數(shù)據(jù)通訊總線在任何時(shí)候都同時(shí)工
  作,通訊總線負(fù)荷率≤30%(以太網(wǎng)≤15%);
  e.操作站冗余
  操作員站CPU的負(fù)荷率≤40%(最忙時(shí))。
  2)用開放式網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議
  3)靈活的I/O擴(kuò)展方式
  4)高強(qiáng)度工業(yè)硬件平臺:耐振動(dòng),耐高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾
  5)信號隔離,具有先進(jìn)的控制算法??梢匀我饨M態(tài)生成系統(tǒng)
  6)高可靠性、高穩(wěn)定性
4 幾個(gè)與常規(guī)循環(huán)流化床有所區(qū)別的控制
  傳統(tǒng)的火電燃燒系統(tǒng)的控制原理基本上都適用于垃圾焚燒系統(tǒng),如汽機(jī)部分的調(diào)節(jié)、控制就是完全一樣的。但鍋爐部分有幾處不同。
1)垃圾給料系統(tǒng)控制
  垃圾電廠以垃圾為主燃料,而垃圾的形狀不規(guī)則,大小不一,進(jìn)料設(shè)備調(diào)節(jié)的好壞決定了進(jìn)料的均勻程度。
  垃圾給料的主要設(shè)備有大滾筒、小滾筒、上鏈板、下鏈板、撥輪(如圖2所示)。其啟動(dòng)順序?yàn)榇鬂L筒、小滾筒、下鏈板、撥輪、上鏈板,它的停順序正好倒過來。

  自動(dòng)調(diào)節(jié)以上鏈板為控制對象.以氧量為調(diào)節(jié)對象,其它幾個(gè)設(shè)備如大滾筒、小滾筒的控制可與上鏈板“同操”控制,即根據(jù)上鏈板轉(zhuǎn)速成比例調(diào)節(jié)輸出。
2)排渣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制
  普通燃煤鍋爐所排出的灰渣顆粒小而均勻.而垃圾焚燒爐因垃圾的品質(zhì)決定了它的灰渣粗糙、大小密度不均勻,很容易造成結(jié)塊堵料的情形。因此垃圾處理系統(tǒng)中的垃圾破碎、篩選、磁選等工作尤為重要。良好的垃圾處理工作加上DCS的定時(shí)振動(dòng)控制,就可以徹底解決出渣堵料的問題。
  該電廠使用的是滾筒式冷卻除渣機(jī),出渣系統(tǒng)的主要設(shè)備有:振動(dòng)排渣給料機(jī)、滾筒冷渣輸渣機(jī)、出渣振動(dòng)篩、返砂機(jī)、斗鏈(如圖3所示)。它的啟動(dòng)順序?yàn)榉瞪皺C(jī)、斗鏈、出渣振動(dòng)篩、滾筒冷渣輸渣機(jī)、振動(dòng)排渣給料機(jī)、停順序相反。
  冷渣輸渣機(jī)的調(diào)節(jié)對象為爐床壓力.這是一個(gè)單回路PID調(diào)節(jié),而振動(dòng)排渣機(jī)的調(diào)節(jié)比較特殊,間歇式振動(dòng)排渣和連續(xù)PID調(diào)節(jié)。操作人員可以根據(jù)垃圾質(zhì)量情況選擇這兩種控制方式之一.當(dāng)垃圾比較均勻、顆粒較小時(shí)可選擇連續(xù)調(diào)節(jié)方式,相反可以選擇間歇式振動(dòng)排渣方式。
  經(jīng)過這樣一系列的優(yōu)化、完善,系統(tǒng)可連續(xù)、穩(wěn)定完成排渣工作。
3)燃燒控制
  一般的垃圾焚燒爐雖然有垃圾破碎、分撿.仍不能保證垃圾燃燒的熱值穩(wěn)定,燃料成份中非可控因素較多,但循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的爐內(nèi)循環(huán)灰作為熱載體,蓄熱量大,燃燒穩(wěn)定性好,溫度均勻,為自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來了方便。
  循環(huán)流化床燃燒溫度一般控制在850%~950%之間,垃圾電廠所燒垃圾有的以工業(yè)垃圾為主,有的以生活垃圾為主。對于工業(yè)垃圾而言,當(dāng)爐膛溫度較高時(shí),玻璃、金屬等物質(zhì)將熔化,冷卻后不易出渣,所以當(dāng)垃圾源不同時(shí),爐膛溫度的控制點(diǎn)有所不同,需要人為設(shè)定偏低一些。
  燃燒控制被調(diào)節(jié)對象為爐膛溫度、氧量、蒸汽流量等,根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)整垃圾給料轉(zhuǎn)速及送風(fēng)量。
4)輸灰系統(tǒng)的順序控制
  氣力輸送系統(tǒng)具有輸送灰氣比高,耗氣量少,輸送流速低.磨損小等優(yōu)點(diǎn)。主要由倉泵部分,氣源部分,管道和灰?guī)觳糠纸M成,采用計(jì)算機(jī)控制方式,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的協(xié)調(diào)有序運(yùn)行。其控制重點(diǎn)在于在實(shí)踐中摸索出哪些閥先開.哪些閥后開,好的控制流程可以減少灰塵對閥體的磨損,延長設(shè)備的使用壽命。
5)氣凈化系統(tǒng)控制
尾氣凈化實(shí)際上由爐內(nèi)凈化和爐后凈化兩部分組成。在循環(huán)流化床垃圾焚燒爐內(nèi),過量空氣系數(shù)小,氮氧化物生成量少,可以有效控制有害氣體的生成。計(jì)算機(jī)按照煤量、爐內(nèi)SO2的含量去調(diào)節(jié)石灰石回轉(zhuǎn)閥變頻,向爐內(nèi)添加一定量的石灰石實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)為了更好的適應(yīng)現(xiàn)場自動(dòng)控制,做了兩種控制—脫硫。在Ca/S為1:1.5時(shí),脫硫效率大于80%。
  爐后的凈化采用了循環(huán)流化床半干法煙氣凈化技術(shù)。從鍋爐出來的煙氣從凈化塔底部進(jìn)入,由計(jì)算機(jī)根據(jù)煙氣中SO、HF、HC1等有害氣體的含量,向反應(yīng)塔中噴灑適量的消石灰、活性炭,經(jīng)噴水增濕,有效脫除煙氣中氯化氫、氟化氫、二氧化硫等有害氣體。凈化后的煙氣從凈化塔上部出來去布袋除塵器,過濾后最終通過煙囪排到大氣中。
5 結(jié)語
  機(jī)組投產(chǎn)后,運(yùn)行人員在主控室就可以完成對全廠各部分包括焚燒鍋爐、蒸汽輪機(jī)等設(shè)備的控制。該廠垃圾燃燒徹底,垃圾減量98%以上,減容90%以上,灰渣無臭味,可直接填埋,也可用于生產(chǎn)地面磚,設(shè)備投資低,適合國情。
  該機(jī)組的自動(dòng)化水平在全國的垃圾焚燒循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組中處于領(lǐng)先地位。
  垃圾焚燒既環(huán)保又可實(shí)現(xiàn)能源再生,該行業(yè)極具發(fā)展前途,也將為自控行業(yè)帶來生機(jī)。
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